我们直接给QLC SSD开挂了……
最近Solidigm搞了几件大事。其中一个是在百万亿位圆周率的新世界记录中立下汗马功劳，其中的细节我们在“e企研究院”公众号中有专门的文章点评（算你能存之π百万亿位与QLC再攻主流）。
当时参与的是19块单盘容量30.72TB的Solidigm D5-P5316 SSD。选择它的技术原因很明显，一是容量大，现在达到30TB容量点的盘屈指可数；二是性价比高，毕竟是QLC嘛。
说到这D5-P5316，其实也是位老将，已经发布了两年了。熟悉Solidigm产品的朋友也都知道，随着D7-P5520/5620的上市，144层3D NAND介质曾经进行了一次小的迭代，但这个迭代没有体现在QLC产品线上。另外，D5-P5316的IU（间接单元）是64KB的，这有利于控制成本，而使用更主流的的4KB IU的QLC产品则迟迟没有出现。回顾PCIe 3.0时期，Solidigm/Intel规划了D5-P4320和4326对应不同的IU，以及耐用等级略高的D5-P4420，相比之下，PCIe 4.0时代的144层3D NAND QLC SSD产品线阵容就显得特别单薄。
到今年，Solidigm的QLC SSD也该搞一下“中期改款”了。
这就必须提第二件大事了：Solidigm产自中国大连工厂的192层3D NAND正式上市。而首发第四代QLC介质的，就是D5-P5430。
印象：紫貌全容
Solidigm D5-P5430系列的定位是主流市场，最大容量是30.72TB，这点与P5316相同。也许会有人问了，既然介质堆叠层数都增加了，做更大容量也是可以的吧？确实可以，但这个任务不是D5-P5430来完成，那是P5316的“继任者”的使命。真正的重点是：D5-P5430系列还向下扩展，涵盖了3.84、7.68TB两个主流容量点。
这样大的容量跨度是以往的QLC产品所没有的，把D5-P5316、D5-P4420/4326/4320四个系列都凑一块儿都没这么“全”。从容量点角度看，这其实意味着D5-P5430的定位发生了根本性的变化：从QLC已经获得认可的“读密集型”工作负载向“主流”扩展。
从外形角度看，Solidigm D5-P5430系列提供了当前最常用的U.2外形，以及E1.S和E3.S两种相对主流的EDSFF外形。至于“前辈”曾经使用的E1.L外形，主要是面向大容量存储节点的，不在D5-P5430的目标市场内。
目前我们拿到Solidigm D5-P5430的样品的容量是15.36TB，比常见的数据中心级SSD容量大，充分体现了QLC的特色。对于实物外观的第一印象，那就是：前任的痕迹已经消失，终于有Solidigm自己的风格了。正面有醒目的紫色和Solidigm Logo。盘体背面也变成了“平板”一块，没有额外的散热鳍片等，说明壳体的模具也已经更换了。模具对应的内部细节，我们放在后面拆解部分再展开。
四角测试：补短板、进主流
接下来的重点是用实测数据验证Solidigm D5-P5430到底能不能胜任“主流”应用的需求。
我们以宝德PR2715W3服务器为基础构建了D5-P5430的测试平台。具体配置为：
处理器：双路英特尔至强金牌5318Y处理器（2.10GHz/36MB/24C/48T/165W）
内 存：32×32GB REG ECC DDR4@2933MHz
系 统：CentOS Stream release 8（内核5.4.197-1.el8.elrepo.x86_64）
Windows Server 2019
首先是顺序读写测试。D5-P5430在FIO和IOMeter中的顺序读性能均超过了7400MB/s。这个读性能已经接近PCIe 4.0接口的极限，可以很好满足以大数据、AI为代表的顺序读应用的需求。顺序写入也在3000MB/s以上，对于顺序写或者经过写整形的负载，如CDN、对象存储等，已经足够了。
整体来说，P5430顺序读写这个成绩与P5316差不多。后者适合干的，前者也都胜任。
4KB随机性能方面，D5-P5430的进步就相当大了。随机读已经接近百万大关，达到96.4万IOPS，而且表现非常稳定，散点图基本上呈一条直线。百万IOPS是PCIe 4.0 SSD的中上游水平，也与PCIe 3.0接口的产品拉开了差距。对于云负载，高IOPS水平意味着可以承载更多实例和租户。而对于较大容量点的P5430，相对于早期的QLC SSD，它拥有了更高的单位容量性能，可以让云数据中心用较少的盘位、功耗，构建更多的实例，且性能有所保证。
随机写方面，D5-P5430超过了14万IOPS，相对于之以往的QLC SSD有了数倍甚至数量级的提升，明显缩小了与主流TLC SSD的差距。
14万IOPS的随机写是什么概念呢？以基于PCIe 3.0的DC-P4510为例，其8TB规格的随机写为13.5万IOPS。实际上，D5-P5430的四角测试成绩都超过了DC-P4510。考虑到PCIe 3.0 SSD还处于服役期内的，也是性价比市场的常客，以D5-P5430的表现是完全有实力切走这块饼的。
为了更直观地表现D5-P5430的相对性能，我们以D7-P5520 15.36TB的标称性能作为基准（各项分数均为5分），将D5-P5430的实测结果代入，制成雷达图。从图中可以看到D5-P5430已经可以完全覆盖DC-P4510这种早期主控、介质的TLC SSD，相当于中高档TLC SSD的八成表现。
QoS：敢挑大梁
我们e企研究院的老读者都知道，四角测试只是基操，我们更多的测试时间会用在混合读写和QoS上，这才能接近真实负载的体验。考虑到D5-P5430要面向的是“主流”负载，我们也不客气，直接七读三写伺候，而非QLC常用的九读一写的比例。
在队列深度仅为1的情况下，D5-P5430的平均读时延为103微秒，P99.99读时延仅523微秒。
队列深度增加到8，平均时延为124微秒，P99.99也仅为693微秒。
将队列逐步增加到32，P99.99也还未超过1毫秒。
在多数云或企业工作负载中，队列深度很少会超过32。我们的测试表明，32甚至64的队列深度也不会导致D5-P5430的QoS明显恶化。
随着负载继续增加，D5-P5430的总体IOPS也会持续增加，输出在QD128、256时趋于平缓，此时的尾时延开始明显增加，这是意料中的事情。但是，值得强调的是：与一些强调性价比的TLC SSD相比，D5-P5430在深队列的表现居然相对更好（尾时延增加的幅度更小，也就是上图中的最后两排相对没有那么高）。这其中有主控强大（参见后面的拆解）的功劳，同时也肯定了Solidigm浮栅技术QLC NAND介质的一些技术特点。
简而言之，对于典型的混合负载，我们认为D5-P5430的QoS完全可以胜任，甚至，它可以比一些我们曾经测试过的TLC SSD（包括PCIe 3.0和4.0）做得更好。
功耗：不涨反降
前面有提到，D5-P5430的外壳表面没有散热鳍片，难道它的发热量会比以前的产品（D5-P5316）要低吗？从官网提供的参数看，还真是如此。
性能涨，功耗降，这种好事，不可轻信啊！这就得用分析仪一探究竟了。上海森弗信息技术有限公司（Saniffer）的Quarch功耗分析模块（Power Analysis Module，PAM）是业内普遍使用的设备，支持对PCIe 4.0/5.0接口的NVMe SSD进行测试，可以长时间、高精度地记录电压，电流，功耗等状态信息。我们将利用它进行验证D5-P5430的功耗。
在默认模式下，D5-P5430的顺序读的平均功耗仅13.26W，顺序写平均功耗为20.70W，随机读写的平均功耗分别为14.48和18.47W。比宣传指标还略低一些。
我们也知道，Solidigm会提供三种电源模式，我们首先测试的是默认的PM0。随后我们也验证了PM1和PM2，功耗被会被分别限制在13W和9W以下，对应的性能表现也会有所下降。
拆解：新一代介质的庐山真面目
相信大家都迫不及待要看看新一代192层3D NAND颗粒的庐山真面目了。
Solidigm D5-P5430盘内只有一块PCB，主控与Solidigm D7-P5520/5620相同。这就是前面QoS测试中提到的，强大的主控带来的一些性能价值。D5-P5430是用QLC来控制介质成本，但主控没有降档次。
两面各8颗NAND颗粒和5颗DDR4-3200 DRAM。这块盘的DRAM总容量为20GB，足够保证1TB容量对1GB缓存的比例。对比PCB和金属外壳，可以看到标签那面的壳体对应NAND和DRAM芯片的位置都有凸起，配合导热垫片将PCB背面芯片的热量传递到外壳。
NAND颗粒上终于使用了Solidigm的标志。从NAND芯片编号可以看出，其中8颗是ODP（每芯片封装8颗die），8颗是QDP（每芯片封装4颗die），扩容还是有大余量的。
彩蛋：容量换性能
老读者记得我们在测试Solidigm D7-P5520时说它是“有上进心”的SSD吗？
其中的秘密在于SST（Solidigm Storage Tool）可以调整SSD的保留空间。增加保留空间后，SSD的耐久性相应增加，随机写入性能也会增加。
我们对D5-P5430也是“故技重施”，拿容量换性能，先验证额外划分10%保留空间的表现。调整后，系统下识别的有效容量从默认模式的14TB变为12.6TB。
调整后，随机写入性能大幅提升，未预写时的IOPS可以超过60万IOPS。重新进行4个小时预写后，对样品进行持续10分钟的随机写入，IOPS可以达到32万——这是主流PCIe 4.0 TLC SSD的水平。这种“越级”的情况，之前在D7-P5520与P5620当中已经领教过了。
甚至，我们将保留空间增加到25%，此时的容量相当于“TLC”。这种情况下，性能进一步提升，10分钟的随机写入IOPS为36.3万，即使将随机写入测试时间拉长到2小时，也可以达到35.6万。相较25%的容量代价，设置10%的保留空间的效费比就足够好了。
这个“彩蛋”可以说明什么呢？这意味着，如果用户确定自己的应用不会出现连续长时间的满负荷写的情况，那么，可以考虑牺牲一些有效容量，增加一些保留空间，就能让D5-P5430的随机写短板翻倍（IOPS从14万提升至30万以上），从而达到主流PCIe 4.0 TLC SSD的性能表现。
同样的NAND介质，如果从QLC模式调整为TLC模式，会“永久”损失25%的容量，而通过SST，我们付出10%的“可选”容量代价就可以解决。永久付出25%的容量代价，或者0~10%可选，你选哪种方案？
那么，如何去理解这个“度”呢？我们不妨把10%的保留空间（的空白块）看做写缓存——由于D5-P5430的容量够大，这个“缓存”将达到1.5TB量级，可谓相当巨大，足够应付非极端的状况。
简而言之，善用SST，把保留空间作为填补QLC和TLC之间落差的一个方案，是进一步扩大QLC SSD适用范围的一个有价值的思路。以下是前段时间我们引用过的一张QLC SSD适用范围的图，我相信多数人对图片左侧，尤其是左上角区域没有任何异议。但对中间部分，多数人是将信将疑，甚至有人压根儿不信，这完全可以理解。但经过附加的测试，我认为QLC SSD的实力确实值得大家重新评估。
结语
一句话总结Solidigm D5-P5430的性能表现：一流的读，主流的写。
如果用于读为主的负载，它的表现大致是相当于D7系列的九成功力。而写性能，则达到甚至超过入门TLC SSD的水准。所以，QLC什么时候能替代硬盘不好说，但替代入门TLC，看上去有谱。实际上，考虑到SST和保留空间的操作，D5-P5430甚至可以威胁到D7-P5520这样的主流TLC SSD。
对于SSD寿命，相信数据中心领域的用户没有消费市场那么深的执念，毕竟用了这么多SSD，退役时耐久度还很充裕。至于“性能过剩”，也是老生常谈的话题了。但是，换个角度想一想，如果我们觉得SSD性能“过剩”，是不是我们部署的盘容量不够大、平摊的租户不够多？
在这里，我们无意讨论QLC与TLC孰优孰劣的问题，而是鼓励大家增加更多的观察角度。这一次Solidigm提出“必要耐用性”、“足够耐用性”的概念，也是在试图探索成本、性能、寿命的更优解。